[发明专利]波束成形方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种波束成形方法和系统。

背景技术

现代海洋无线通信系统主要由海上船舶通信设备和岸台控制网络组成。相对陆地通信系统，海洋空间环境因素更加复杂多变，导致海洋电磁波通信环境瞬息变化，使得海洋无线通信系统成为一个复杂的不确定时变系统。现有海洋通信系统的通信速率很低，通常只有几Mbps。

为了提高海洋通信系统的通信速率，传统方式是在海洋通信系统中采用大规模天线阵列系统(Massive MIMO)。在大规模天线阵列系统中，基站侧配置大规模的天线阵列，利用空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA)技术，在同一时频资源上服务多个通信终端，利用大规模天线阵列带来的巨大阵列增益和干扰抑制增益，以期提升小区总频谱效率和边缘通信终端的频谱效率。波束成形技术是大规模天线阵列系统中的一项重要技术，传统的大规模天线系统一般只考虑在基站天线阵列上开发竖直平面自由度来增强波束成形技术性能，都假设通信终端分布在距地面1.5米高度的水平平面上。

然而，这种波束成形方式无法适应实际的海洋通信系统，在海洋通信系统中的频谱效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对频谱效率较低的问题，提供一种波束成形方法和系统。

一种波束成形方法，包括以下步骤：

获取通信终端的三维位置信息，根据所述三维位置信息计算本基站与所述通信终端之间的相对位置，根据所述相对位置计算本基站与所述通信终端之间的三维角度信息；

根据所述相对位置和三维角度信息计算本基站的下倾角和所述通信终端对应的波束成形矢量；

根据所述下倾角和波束成形矢量对发射信号进行波束成形。

一种波束成形系统，包括：

第一计算模块，用于获取通信终端的三维位置信息，根据所述三维位置信息计算本基站与所述通信终端之间的相对位置，根据所述相对位置计算本基站与所述通信终端之间的三维角度信息；

第二计算模块，用于根据所述相对位置和三维角度信息计算本基站的下倾角和所述通信终端对应的波束成形矢量；

波束成形模块，用于根据所述下倾角和波束成形矢量对发射信号进行波束成形。

上述波束成形方法和系统，根据通信终端的三维位置信息计算基站与通信终端的三维角度信息，从而得出基站的波束成形矢量以及基站下发波束所采用的下倾角，并根据所述下倾角和波束成形矢量对发射信号进行波束成形，能够针对不同高度的通信终端自适应地调整波束方向，以满足不同通信终端的通信需求，并显著提高系统的频谱效率，提高了波束成形的效果。

附图说明

图1为一个实施例的波束成形方法流程图；

图2为一个实施例的三维波束成形应用场景示意图；

图3为一个实施例的基站与处于不同高度通信终端间的信道模型示意图；

图4为一个实施例的仿真场景示意图；

图5为一个实施例的第一层通信终端进行传输时系统总吞吐量随信噪比的变化示意图；

图6为一个实施例的第二层通信终端进行传输时系统总吞吐量随信噪比的变化示意图；

图7为一个实施例的第三层通信终端进行传输时系统总吞吐量随信噪比的变化示意图；

图8为一个实施例的波束成形系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明提供一种波束成形方法，可包括以下步骤：

S1，获取通信终端的三维位置信息，根据所述三维位置信息计算本基站与所述通信终端之间的相对位置，根据所述相对位置计算本基站与所述通信终端之间的三维角度信息；

具体来说，通信终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等终端，通信终端的数量可以是多个。不同的通信终端所处的位置可以是不同的。例如，通信终端1可处于高度为h1的位置；通信终端2可处于高度为t2的位置。一个实施例的三维波束成形应用场景示意图如图2所示。图2中不同波束所指向的可以是不同的通信终端在同一时刻的位置。本发明对舰船、岛屿、低空飞行器上的具有不同高度信息的通信终端，通过自适应调节基站上的大规模天线阵列的下倾角，能够实现动态的三维波束成形。与常规的高塔天线采用固定下倾角进行二维(水平面)通信终端覆盖的方式不同，本发明针对的如图2所示的三维应用场景中，不同通信终端在垂直于地面的方向上具有明显不同的高度差，因此，本发明通过自适应调节基站的大规模天线阵列的下倾角，来实现动态的三维波束成形传输。